KJ216顶板动态监测系统
充填应力监测子系统
1.系统概述
充填应力监测子系统主要用于煤矿井下煤层或岩层应力作用，例如工作面前方煤层超前支撑应力，预留煤柱的支撑应力等。充填应力监测是测量因采动影响煤层或岩层内部应力场的变化，是研究采场动压作用规律的重要手段之一，可用于采场冲击地压初期预测和趋势分析。
系统采用分布式总线技术和一体化传感器技术，每台下位本安型分站可连接个应力传感器，多台本安型分站可组成多个采区的监测网络。本安型分站与上位主站连接将监测数据传送到井上监测服务器。
充填应力监测系统采用隔爆兼本安型电源供电，每台电源可同时供电20 个充填应力传感器。
充填应力传感器采用充填体内固定安装。
系统监测分析软件CMPSES，采用C/S+ B/S结构，支持局域网在线模式和信息共享，支持广域网和互联网的浏览器访问模式。该软件与综采监测、顶板离层监测、锚杆支护应力监测集成于一个平台。
2.系统结构与组成
本安型分站
KDW28/22 127V 充填应力传感器 监测主站 接线盒
本安分站 图1 充填应力监测系统组成图
系统组成如图1所示。每个最小功能子系统包括：本安型分站、隔爆兼本安型供电电源、充填应力监测传感器、本安型接线盒组成。每台通讯分站下位可连接个监测传感器，当监测传感器的数量少于20个时可与本安型分站使用一台电源供电。每增加20个传感器时，增加一台隔爆兼本安供电电源。
1
多个测区的充填应力监测系统可以通过本安型分站上位总线级连扩展多个本安型分站，组成多分站的充填应力监测系统，结构如图2所示。 监测主站
1#本安分站
2#本安分站
3#本安分站
接线盒
图2 多测区充填应力系统扩展图
3.本安型分站
本安型分站负责一个测区一个功能子系统数据采集和通讯，本安型分站的下位机为监测分站或一体化监测传感器，下位总线采用RS485总线，下位总线最大可负载个测点（充填应力监测传感器）。 3.1 本安型分站结构
K1 K2 JZ2 JZ1 显示器 JZ3 JZ1——上位通讯插座 JZ2——电源插座 JZ3——下位通讯插座
图3 本安型分站结构示意图
1— VCC 2— GND 3— SA 4—SB
1—VCC 2 4 1 3 1—18V 2—0V 3—NC
2 3 1 2—GND 3—SA 4—SB 5—NC
1 3 5 2 4 JZ1 JZ2 JZ3
图 4 本安型分站连接插座信号定义
2
3.2本安型分站的连接
见图5，本安型分站与上位主站采用有线连接，采用4芯通讯电缆，系统配套的电缆适配接头线与JHH-2通讯接线盒与上位通讯电缆连接起来。
本安型分站的关联供电电源是KDW28或KDW22，电源通过输出电缆插头与通讯分站的电源输入插座连接。
本安型分站与下位监测传感器的接线盒通过矿用通讯电缆（MHYV1×4）连接。
KDW28/22 127V/660V JHH-2 1#充填应力传感器 监测主站
本安型分站 JHH-3
图5 本安型分站连接示意图
3.3 本安型分站的安装
本安型分站采用固定式安装，一般安装在巷道出口处，有条件的可安装在峒室内。给通讯分站供电的综保开关要保证供电的连续性，在经常短时停电的供电条件下，建议采用带后备延时供电的KDW28型隔爆兼本安电源供电。 KDW28/KDW22供电电源尽可能与本安型分站靠近安装。 3.4 本安型分站显示
充填应力本安型分站显示界面：
KJ216-F2本安型分站 V e r 3.6 充填编号区间： 001 —— 020 < 20 > 当前监测分机： 001 ○ 山东尤洛卡股份有限公司 3.5 充填应力/下沉位移本安型分站的设置
充填应力本安型分站的设置内容包括：充填应力传感器起始地址码、终止
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地址码设置2个内容。 进入设置菜单：
同时将K1、K2按键按下超过3秒，进入输入密码选项：
系统设置 剩余时间：<9> 请输入六位密码：000 000 ▲ 左键：加 右键：选择/确定
密码为：010 130 （密码不能更改），如果密码输入正确，则进入系统设置选项。
第一屏：离层传感器报警值设置
系统设置 剩余时间：<9> 1. 综采起始号 3. 综采报警值 2. 综采结束号 4. 离层报警值 左键：选择 右键：确定 第二屏：离层起始号、离层结束号、锚杆起始号、锚杆结束号设置
系统设置 剩余时间：<9> 5. 离层起始号 7. 锚杆起始号 6. 离层结束号 8. 锚杆结束号 左键：选择 右键：确定 第三屏：锚杆报警值、充填起始号、充填结束号、退出设置
系统设置 剩余时间：<9> 9. 锚杆报警值 11. 充填结束号 10. 充填起始号 12. 退出 左键：选择 右键：确定 说明：剩余时间<9> 为延时计数，当无按键操作时自动减计数，当计数值为零时自动返回运行监控状态。 （1）充填应力传感器起始编码设置
按左键选择10，再按右键，进入充填传感器起始编码设置,显示如下：
剩余时间：<9> 充填起始编号 = 001 左键： 加▲ 右键：确定
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按左键（+ ）修改起始编码，按右键存入设置编码，返回运行监控状态。 （2）充填应力传感器结束编码设置
按左键（▲ ）选择11，再按右键，进入充填传感器结束编码设置,显示如下：
剩余时间：<9> 充填结束编号 = 020 左键： 加▲ 右键：确定
按左键修改结束编码，按右键存入设置编码，返回运行监控状态。 说明：充填应力传感器起始编码设置须于实际的传感器的地址码相对应，否则通讯分站巡测不到传感器的数据。 3.65本安型分站的地址码设置（出厂时已设置）
通讯分站的地址码采用DIP开关设置，DIP开关采用8位16进制编码，设置范围1（00000001）～7（00000111）。 例： 1 2 3 4 5 6 7 8 ON
OFF
按16进制码设置站点容量，ON—“1”，OFF—“0”。 例：“00000101 ” 表示地址编码为 5。
本安型分站在出厂时地址码已经设置，地址码标记在分站外壳上。用户需要修改分站地址码时参考以上方法进行。
4．充填应力监测传感器
4.1 充填应力传感器结构
1— 紧固螺孔，2—出线咀， 3—上盖， 4—外壳，5—信号电缆。
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1 2
3 4 5
图6 充填应力传感器结构示意图
充填应力传感器结构如图6所示，采用应变测量技术，测量的是受煤体或岩体垂直载荷应力，受应力作用钻孔周围的煤体或岩体产生破坏变形，将应力传递到应变体上产生横向变形，应变计将变形量转换成电压信号，经过变送器电路转换成数字信号输出。传感器采用全密封结构，防护等级为IP54。 4.2 充填应力传感器的电气连接
本安型分站
充填应力传感器 变送器 接线盒 图7 充填应力传感器连接图
充填应力传感器
变送器 信号电缆 VC 电源 （红） GND电源地 （白） SA 信号+ （蓝） SB信号- （绿）
图8 充填应力传感器信号线定义
充填监测传感器通过矿用通讯电缆与三通接线盒连接，连接方法如图8所示，图8中标注的信号与电缆芯线的颜色是以MHYV1×4 型号的通讯电缆定义的，若使用其它型号的电缆时，颜色对应可能不一致，所以电缆连接应以信号定义为主。
4.3 充填应力传感器的安装
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充填应力传感器采用充填体内固定式安装。
1、首先将充填应力传感器紧固在方形钢板上，将相应安装地点的浮煤清理干净、整平，将钢板和传感器固定于安装地点，再将传感器电缆做相应防护（穿管或用槽钢防护），引出到巷道中。
2、将传感器的输出信号电缆，按信号顺序接入到三通接线盒。注意：如果巷道也需要充填，请将接线盒做相形防护，即将接好线的接线盒灌入冷补胶，凝固后再充填，巷道中的电缆也要做相应的穿管防护。
注意事项：传感器安装后应将电缆固定好，避免用力拉扯信号电缆。
5.系统供电电源
与系统配套提供的供电电源为KDW22、KDW28 两种隔爆兼本安型电源。KDW22为普通非延时型供电电源，KDW28 为带后备延时的供电电源。对于经常性短时停电的使用场合，建议采用KDW28电源供电，KDW28电源内置免维护蓄电池，它与其他充电电池的特性一样，新电池在使用时需经2～3个充放电循环才能达到额定输出容量，长期浮充电造成的电池记忆效应可能会使延时输出时间变短。
KDW22、KDW28电源有两种输入电压可供选择，127V和660V，用户根据采场的实际供电情况确定，需在产品订货时说明。
当使用的传感器数量超过20台，通过本安型分站提供的电源的容量不能满足要求时，可通过线路中间接入另外一台供电电源。 5.1 电源的连接
本系统中电源的接入方法有两种：一是从本安型分站接入（如图10所示），电源接入本安型分站后，本安型分站下位总线接口将信号和电源合并为一条电缆输出，本安型分站输出电源的容量最大可负载20个钻孔应力传感器（1500m 范围内）。二是从线路中间通过三通接线盒接入（如图11），当从工作面接入电源时，建议采用KDW22型电源供电。除非使用的钻孔应力传感器的数量20台，否则不建议采用线路中间供电方式。
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KDW28/KDW22电源
MA 上位主站
本安型分站 锚杆/索传感器
660V/127V电源电缆 电源、信号电缆
图10本安型分站电源连接示意
127V
KDW22电源 传感器
传感器
图11 线路中间电源连接示意图
6.锚杆/索监测子系统主要技术参数
6.1 综合技术参数（单测区）
1）系统监测点数 1～只传感器 2）测量量程 0～25MPa 3）综合误差 <4% 4) 显示输出 三位数码管 5）总线接口 RS485
6）通讯协议 企标 短帧（自定义） 7）通讯容错校验 CRC 8）通讯速率 2400bps
9）供电电压 18V （本安电源提供） 10）使用环境 温度 0～40℃ 相对湿度0～95% RH 11）防爆形式 本质安全型 “Exib I”
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6.2 本安型分站 1）站点容量
2）显示 LCD中文显示 16×4 LED背光 3）通讯接口 RS485 4）通讯协议 1200 N 8 1 5）存储容量 5kB
6）电源 DC18V 150mA (本安电源提供) 7）防爆形式 本质安全型 “Exib I” 8）防护等级 IP54
9）外形尺寸 280mm×206.5mm×101mm 10）重量 6kg 6.3 充填体应力传感器 1）量程 0～25MPa 2）精度 4% 3）输出 RS485接口 4）传输速率 2400bps
5）电源 电压DC 18V 不大于60mA
6）防爆形式 本质安全型 “Exib I” 7）防护等级 IP54
8）外形尺寸 传感器本体Φ118*60.5mm
变送器120mm*120mm*50mm
9）重量 2.3 kg 6.4 供电电源 KDW28 电源：
1) 防爆型式 隔爆兼本质安全型，“Exd[ib] I”
2）电源输入 AC127V/220/380/660V（用户订货时选一种） 3）输入电压波动范围 75%～110%
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4）电源输出
输出电压 直流18V（用户可选12V或15V） 输出电流 800mA
5）保护方式 双重过压、过流保护 6）外形尺寸及质量
外形尺寸： 242×202×150mm 质量： 约13kg KDW22电源：
1) 防爆型式 隔爆兼本质安全型，“Exd[ib] I”
2）电源输入 AC127V/220/380/660V（用户订货时选一种） 3）输入电压波动范围 75%～115% 4）电源输出
输出电压 直流18V（用户可选12V或15V） 输出电流 500～800mA
5）保护方式 双重过压、过流保护 6）外形尺寸及质量 外形尺寸：Φ115×390mm 质量： 约3kg 6.5 通讯电缆MHYV1×4
1）传输阻抗 电阻≤36.7Ω/km；
电感≤0.8mH/km；
电容≤0.06uF/km。 2）导线截面 0.5 mm2 3）抗拉强度 120kg
4) 防爆形式 本质安全型，（阻燃型）
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